Sensibilité des populations de crevette nordique aux changements globaux le long de la côte est du Canada

RÉSUMÉ : Les changements globaux sont reconnus comme des vecteurs majeurs de la perte de biodiversité. L’ampleur de ces phénomènes sur les invertébrés marins demeure fortement sous-estimée. Même si les études individuelles sur les réponses physiologiques des invertébrés marins à certains facteurs des changements globaux se multiplient, il manque encore beaucoup de données sur les effets combinés pour comprendre l’impact sur les espèces. Les modèles développés pour définir la sensibilité des espèces se basent sur des études qui considèrent les espèces comme une seule unité homogène d’organismes dans leur distribution géographique. Ceci peut amener à une sur- ou sous-estimation des prédictions de l’abondance et de la distribution des espèces car plusieurs populations d’une même espèce peuvent être acclimatées ou adaptées à leur environnement local, ce qui peut influencer la direction et l’intensité de leurs réponses aux changements environnementaux et donc aux changements globaux. L’identification des effets des changements globaux et de leurs conséquences sur le devenir des espèces nécessite donc l’utilisation d’une approche intégrative, rarement développée dans les études portant sur les conséquences biologiques des changements globaux. Ceci est vrai à l’échelle de comparaison de différentes populations au sein d’une même espèce, mais aussi à l’échelle individuelle lorsqu’on étudie les différents niveaux d’organisation biologique chez un organisme. L’utilisation complémentaire des approches multifactorielle (c.-à-d. combinant plusieurs variables environnementales), intégrative (c.-à-d. intégrant les réponses de plusieurs échelles d’organisation biologique) et macrophysiologique (c.-à-d. étudiant la variation des traits physiologiques à l’échelle géographique) est primordiale afin d’améliorer les capacités prédictives d’abondance et distribution des espèces. Ceci est particulièrement vrai pour les ectothermes marins d’intérêt économique et d’importance écologique tels que la crevette nordique, Pandalus borealis, dont la gestion des stocks dans l’est du Canada ne prend actuellement pas en compte les changements environnementaux. Dans le but de définir la sensibilité de la crevette nordique aux phénomènes de réchauffement, d’acidification des océans et d’accentuation de l’hypoxie, les crevettes provenant de quatre origines géographiques différentes dans l’Atlantique nord-ouest, caractérisées par des environnements physico-chimiques contrastés, ont été exposées en laboratoire durant un mois à trois températures (2, 6 ou 10 °C) et deux niveaux de pH (7.75 ou 7.40). Ces traitements simulent les conditions environnementales du fond actuelles et futures (prévues pour 2100 dans le contexte des changements globaux) de l’habitat de cette espèce. De plus, les crevettes provenant de l’estuaire du Saint-Laurent ont été exposées à une teneur d’oxygène dissous de 35 % de saturation en air (représentative de conditions hypoxiques chroniques non létales) aux deux traitements extrêmes (c.-à-d. 2 °C/pH 7.75 et 10 °C/pH 7.40). Le taux de survie, les taux métaboliques de l’organisme entier, l’activité enzymatique et les profils métabolomiques du muscle de l’abdomen ont été mesurés et déterminés pour un sous-échantillon d’individus de chaque traitement afin d’intégrer les réponses des individus aux différentes échelles organisationnelles : de l’organisme à la cellule. Ceci a permis de créer un lien entre le fonctionnement de l’organisme et les réponses cellulaires et de comparer les réponses entre les origines afin de définir la sensibilité de l’espèce. Les résultats indiquent que la crevette nordique semble relativement bien tolérer les effets isolés du réchauffement, de l’acidification des océans et de l’hypoxie. Cependant, la survie et la capacité aérobie des crevettes sont fortement réduites en conditions combinées, prédites pour la fin du siècle. De plus, les différences intraspécifiques présentes au niveau cellulaire se traduisent en une performance aérobie comparable parmi les populations et une réponse aux facteurs des changements globaux comparable parmi les crevettes provenant de différentes origines. Enfin, bien que le métabolisme aérobie soit maintenu, le stress subi par les crevettes pourrait avoir induit l’activation de la réponse immunitaire. En général, l’utilisation des approches multifactorielle, intégrative et macrophysiologique dans cette étude met en évidence la sensibilité élevée de cette espèce aux scénarios de changements globaux combinés futurs. En raison de certaines conditions environnementales régionales actuelles proches des limites de tolérance de cette espèce la pêche à la crevette pourrait être compromise d’ici la fin du siècle dans le système du Saint-Laurent. Certaines populations comme celle de l’estuaire du Saint-Laurent semblent déjà fonctionner près de la limite de leurs capacités, ce qui pourraient les rendre plus vulnérable à la prédation et la pêche dans des conditions environnementales futures. La sensibilité de la crevette nordique et ses conséquences sur les populations mise en évidence dans ce travail de thèse pourraient être intégrées aux mesures de gestion dans le but d’assurer la pérennité de la pêche à crevette nordique dans le nord-ouest de l’Atlantique dans le contexte des changements globaux rapides. -- Mot(s) clé(s) en français : multi-facteurs, intégration, macrophysiologie, changements globaux, métabolisme, gestion. -- \nABSTRACT : Global changes are recognized as major drivers of biodiversity loss. The extent of these phenomenon on marine invertebrates remains greatly underestimated, despite the increasing number of individual studies on the physiological responses of marine invertebrates to some global changed drivers, we still lack data on combined effects to understand the impact on species. However, the models developed to define species’ sensitivity are based on studies that consider species as a single homogeneous unit of organisms in their geographical distribution. This can lead to over- or under-estimation of species’ abundance and distribution as multiple populations of the same species may be acclimatized or adapted to their local environment, which may influence the direction and the intensity of their responses to environmental changes and therefore to global changes. Identifying the effects of global changes and their consequences on the future of species therefore requires the use of an integrative approach, rarely developed in studies focusing on the biological consequences of global changes. This is true, when comparing different populations within the same species, but also at the individual level when studying the different levels of biological organization. The complementary use of multi-driver (i.e. combining multiple environmental variables), integrative (i.e. integrating the responses from multiple levels of biological organization) and macrophysiological (i.e. studying the physiological traits’ variation at the geographic scale) approaches is essential to improve the predictive capacities of species’ abundance and distribution. This is particularly true for marine ectotherms of economic interest and ecological value such as the northern shrimp, Pandalus borealis, whose stock management in eastern Canada does not consider yet environmental changes. To define the northern shrimp sensitivity to ocean warming, acidification and hypoxia increase, shrimp from four different geographic origins in the northwest Atlantic, characterized by contrasting physico-chemical conditions, were exposed in the laboratory for one month to three temperatures (2, 6 or 10 °C) and two pH levels (7.75 or 7.40). These treatments mimic the current and future bottom environmental conditions (predicted to occur by 2100 in the context of global changes) of this species’ habitat. In addition, shrimp from the St. Lawrence Estuary were exposed to a dissolved oxygen level of 35 % air saturation (representative of chronic but non-lethal hypoxic conditions) at the two extreme treatments (i.e. 2 °C/pH 7.75 and 10 °C/pH 7.40). Survival rate, whole-organism metabolic rates, enzyme activity and metabolomic profiles of abdominal muscle were measured and determined for a subsample of individuals from each treatment to integrate the responses of individuals at different levels of organization: i.e. from the organism to the cell. This allowed us to create a link between organism functioning and cellular responses and to compare responses among origins in order to define the species’ sensitivity. Results show that northern shrimp can relatively well tolerate the isolated effects of ocean warming, acidification and hypoxia. However, shrimp survival and aerobic capacity are greatly reduced when exposed to the combined conditions. Moreover, the intraspecific differences existing at the cellular level translate into comparable aerobic performances among populations and into comparable responses to global change drivers among shrimp from different origins. Finally, despite the maintenance of the aerobic metabolism, the stress experienced by shrimp could have induced the enhancement of the immune response. Overall, the use of multi-driver, integrative and macrophysiological approaches in this study highlights the high sensitivity of this species to future combined global change scenarios. Due to the particular current regional environmental conditions close to the tolerance limits of this species, the shrimp fishery could be compromised by the end of the century in the St. Lawrence system. Some populations, such as the one in the St. Lawrence Estuary, already seem to operate near the limit of their capacities, which could make them more vulnerable to predation and fishing under future environmental conditions. The sensitivity of the northern shrimp and its consequences on the populations highlighted in this thesis’ work could be integrated into management measures aiming to ensure the sustainability

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